一種風(fēng)電機(jī)組斷路器的參數(shù)整定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電機(jī)組參數(shù)整定的技術(shù)方案，尤其涉及一種風(fēng)電機(jī)組斷路器的參數(shù) 整定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電機(jī)組不可避免的存在大量可燃潤滑油脂、可燃的機(jī)艙罩和葉片等材料，在電 氣火源的引燃下很可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)，電氣短路故障即是導(dǎo)致機(jī)組燒毀的主要原因之一。電 氣火源是由于電氣故障引起，則電氣故障需要依靠斷路器的設(shè)定參數(shù)實(shí)施保護(hù)，因而斷路 器參數(shù)的設(shè)定直接影響風(fēng)電機(jī)組電氣系統(tǒng)的安全性能。
[0003]目前在風(fēng)電行業(yè)發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)系統(tǒng)中的斷路器并沒有統(tǒng)一規(guī)范的參數(shù)整定方 法，大多是基于常規(guī)異步電機(jī)的方法進(jìn)行整定，即以普通異步電機(jī)等為工作對(duì)象，在長期經(jīng) 驗(yàn)的基礎(chǔ)上給斷路器設(shè)定整定值。但是風(fēng)電機(jī)組的真實(shí)工況與此類負(fù)載有很大的差異，在 運(yùn)行實(shí)踐中也可以看出采用上述方式得到的整定值不能對(duì)風(fēng)電機(jī)組提供完全的保護(hù)，風(fēng)電 機(jī)組依然存在因電氣故障而起火的風(fēng)險(xiǎn)。
[0004] 短路是電氣系統(tǒng)最嚴(yán)重的故障工況，分為金屬性短路和電弧短路，而在風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組中，單純的金屬性短路較難發(fā)生，通常是電弧短路或電弧短路與金屬短路同時(shí)發(fā)生的 短路。通過異步電機(jī)整定得到的整定值在整定過程中并沒有考慮風(fēng)機(jī)電氣特性以及故障 工況，因而風(fēng)電機(jī)組中基于智能斷路器和熔斷器的保護(hù)系統(tǒng)來快速切斷短路電流進(jìn)行保護(hù) 時(shí)，如果保護(hù)系統(tǒng)設(shè)定值（斷路器的參數(shù)設(shè)置）與風(fēng)電機(jī)組短路特性不匹配導(dǎo)致外部電路 未能及時(shí)切斷或沒有相應(yīng)滅弧措施的情況下，由于短路點(diǎn)電壓足夠高，電弧短路會(huì)自持，短 路產(chǎn)生的巨大能量使金屬部件熔融或直接揮發(fā)而引燃周圍的可燃物，從而導(dǎo)致機(jī)組起火燒 毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一 種實(shí)現(xiàn)方法簡單、能夠結(jié)合風(fēng)電機(jī)組的電氣特性以及故障工況進(jìn)行參數(shù)整定且參數(shù)安全性 能高的風(fēng)電機(jī)組斷路器的參數(shù)整定方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0007] -種風(fēng)電機(jī)組斷路器整定值的確定方法，步驟包括：
[0008] 1)建立目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組中電氣系統(tǒng)的等值模型以及發(fā)電機(jī)的等值模型；
[0009] 2)根據(jù)建立的所述電氣系統(tǒng)的等值模型、發(fā)電機(jī)的等值模型進(jìn)行短路計(jì)算，獲取 得到風(fēng)電機(jī)組在短路故障時(shí)的故障電流范圍；分別計(jì)算風(fēng)電機(jī)組中各部件在短路故障時(shí)對(duì) 故障電流的耐受時(shí)間，獲取得到風(fēng)電機(jī)組對(duì)故障電流的耐受能力；
[0010] 3)根據(jù)獲取得到的故障電流范圍、耐受能力確定待整定斷路器中電流以及動(dòng)作時(shí) 間的整定值，通過所述整定值使得風(fēng)電機(jī)組中電流在超出所述故障電流范圍時(shí)，待整定斷 路器在所述耐受能力內(nèi)動(dòng)作以切斷電路。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟1)中電氣系統(tǒng)的等值模型為變壓器等值模 型、風(fēng)電場集電線路等值模型、以及箱式變壓器到機(jī)艙之間的電纜等值模型所組合構(gòu)成的 模型。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2)中獲取得到風(fēng)電機(jī)組在短路故障時(shí)的故 障電流范圍的具體步驟為：計(jì)算所述電氣系統(tǒng)的等值模型、發(fā)電機(jī)的等值模型在短路故障 時(shí)的短路電流，由發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、所述發(fā)電機(jī)的等值模型中crowbar電阻的不同取值計(jì)算 短路電流，獲取得到風(fēng)電機(jī)組在故障時(shí)的故障電流范圍。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3)中獲取得到風(fēng)電機(jī)組對(duì)故障電流的耐受 能力的具體步驟為：分別計(jì)算發(fā)電機(jī)、變流器、變壓器在短路故障時(shí)對(duì)故障電流的耐受時(shí) 間，取計(jì)算得到的各耐受時(shí)間中最小耐受時(shí)間作為風(fēng)電機(jī)組對(duì)故障電流的耐受能力。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟3)中確定待整定斷路器中電流以及動(dòng)作時(shí) 間的整定值的具體步驟為：獲取待整定斷路器中電流、動(dòng)作時(shí)間分別與風(fēng)電機(jī)組的故障電 流、耐受時(shí)間的關(guān)系，根據(jù)獲取得到的所述關(guān)系以及所述步驟2)獲取得到的故障電流范 圍、耐受能力確定待整定斷路器中電流、動(dòng)作時(shí)間的整定值。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟3)后還包括與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行校核的步 驟。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述待整定斷路器為2段保護(hù)斷路器時(shí)，所述過載長 延時(shí)保護(hù)中電流整定值的取值范圍為1400~2500A、動(dòng)作時(shí)間整定值的取值范圍為1~ 60s，以及所述瞬斷/速斷保護(hù)中電流整定值的取值范圍為3000~15000A。
[0017] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述待整定斷路器為3段式保護(hù)斷路器時(shí)，所述過 載長延時(shí)保護(hù)中電流整定值的取值范圍為1400~2500A、動(dòng)作時(shí)間整定值的取值范圍為 l-60s，所述短路短延時(shí)保護(hù)中電流整定值的取值范圍為1400~7000A、動(dòng)作時(shí)間整定值 的取值范圍為〇. 1-0. 4s，以及所述瞬斷/速斷保護(hù)中電流整定值的取值范圍為3000~ 15000A〇
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述待整定斷路器為4段式保護(hù)斷路器時(shí)，所述過載 長延時(shí)保護(hù)中電流整定值的取值范圍為1400~2500Α、動(dòng)作時(shí)間整定值的取值范圍為1~ 60s，所述短路短延時(shí)保護(hù)中電流整定值的取值范圍為1400~7000Α、動(dòng)作時(shí)間整定值的取 值范圍為〇. 1~〇. 4s，所述瞬斷/速斷保護(hù)中電流整定值的取值范圍為3000~15000Α，以 及所述接地保護(hù)中電流整定值的取值范圍為200~2000A、動(dòng)作時(shí)間整定值的取值范圍為 0. 1 ~0. 4s。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0020] 1)本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組斷路器的參數(shù)整定方法，在分析風(fēng)電機(jī)組短路特性的基礎(chǔ)上， 結(jié)合風(fēng)電機(jī)組的電氣特性以及故障工況對(duì)風(fēng)電機(jī)組中斷路器進(jìn)行參數(shù)整定，通過對(duì)電氣系 統(tǒng)、發(fā)電機(jī)的等值模型進(jìn)行短路計(jì)算以及故障電流的耐受時(shí)間分析，可以得到風(fēng)電機(jī)組的 電氣安全邊界，再基于得到的電氣安全邊界確定斷路器的參數(shù)整定值，從而使得斷路器的 整定值與風(fēng)電機(jī)組電氣特性相匹配，當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)的電氣故障時(shí)，斷路器能及時(shí)在各部件耐 受的安全時(shí)間內(nèi)動(dòng)作以切斷電路，斷路器整定參數(shù)的安全性能高；
[0021] 2)本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組斷路器的參數(shù)整定方法，基于電氣安全邊界確定斷路器的參數(shù) 整定值時(shí)，使得斷路器的電氣范圍在安全邊界以內(nèi)，因而在安全邊界內(nèi)斷路器不動(dòng)作，當(dāng)超 出安全邊界時(shí)，斷路器可以在安全的時(shí)間內(nèi)切斷電路，保證風(fēng)電機(jī)組的電氣安全；
[0022] 3)本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組斷路器的參數(shù)整定方法，進(jìn)一步通過斷路器的電流、動(dòng)作時(shí)間 與風(fēng)電機(jī)組的故障電流、耐受時(shí)間的關(guān)系來確定整定值，使得在安全電氣范圍內(nèi)結(jié)合斷路 器的保護(hù)特性得到準(zhǔn)確、可靠的整定值，進(jìn)一步提高整定值的安全性能；
[0023] 4)本發(fā)明參數(shù)整定方法進(jìn)一步針對(duì)2段、3段、4段保護(hù)的斷路器得到一組整定參 數(shù)值，該組整定參數(shù)值充分考慮了風(fēng)電機(jī)組的短路電氣特性以及斷路器的保護(hù)特性，因而 在風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)、快速的保護(hù)，最大限度的降低電氣故障、減少風(fēng)機(jī)電 氣起火的發(fā)生。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本實(shí)施例風(fēng)電機(jī)組斷路器的參數(shù)整定方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖。
[0025] 圖2是本實(shí)施例建立的電氣系統(tǒng)的等值模型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖3是本實(shí)施例建立的發(fā)電機(jī)的等值模型結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而 限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028] 如圖1所示，一種風(fēng)電機(jī)組斷路器的參數(shù)整定方法，步驟包括：
[0029] 1)建立目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組中電氣系統(tǒng)的等值模型以及發(fā)電機(jī)的等值模型；
[0030] 2)根據(jù)建立的電氣系統(tǒng)的等值模型、發(fā)電機(jī)的等值模型進(jìn)行短路計(jì)算，獲取得到 風(fēng)電機(jī)組在短路故障時(shí)的故障電流范圍；分別計(jì)算風(fēng)電機(jī)組中各部件在短路故障時(shí)對(duì)故障 電流的耐受時(shí)間，獲取得到風(fēng)電機(jī)組對(duì)故障電流的耐受能力；
[0031] 3)根據(jù)獲取得到的故障電流范圍、耐受能力確定待整定斷路器中電流以及動(dòng)作時(shí) 間的整定值，通過整定值使得風(fēng)電機(jī)組中電流在超出故障電流范圍時(shí)，待整定斷路器在耐 受能力內(nèi)動(dòng)作以切斷電路。
[0032] 本實(shí)施例在分析風(fēng)電機(jī)組短路特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組的電氣特性以及故障 工況對(duì)風(fēng)電機(jī)組中斷路器進(jìn)行參數(shù)整定，通過對(duì)電氣系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)的等值模型進(jìn)行短路計(jì) 算以及故障電流的耐受時(shí)間分析，可以得到風(fēng)電機(jī)組的電氣安全邊界，再基于得到的電氣 安全邊界確定斷路器的參數(shù)整定值，從而使得斷路器的整定值與風(fēng)電機(jī)組電氣特性相匹 配，當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)的電氣故障時(shí)，斷路器能及時(shí)在各部件耐受的安全時(shí)間內(nèi)動(dòng)作以切斷電路， 斷路器整定參數(shù)的安全性能高。
[0033] 本實(shí)施例基于電氣安全邊界確定斷路器的參數(shù)整定值時(shí)，使得斷路器的電氣范圍 在安全邊界以內(nèi)，因而在安全邊界內(nèi)斷路器不動(dòng)作，當(dāng)超出安全邊界時(shí)，斷路器可以在安全 的時(shí)間內(nèi)切斷電路，保證風(fēng)電機(jī)組的電氣安全。
[0034] 本實(shí)施例首先通過對(duì)風(fēng)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，得到風(fēng)機(jī)正常工作的電氣范 圍；然后通過對(duì)建立的電氣系統(tǒng)的等值模型、發(fā)電機(jī)的等值模型進(jìn)行短路計(jì)算，得到風(fēng)機(jī)的 電氣邊界；再由各部件的耐受時(shí)間得到風(fēng)電機(jī)組的耐受能力，即風(fēng)機(jī)最小的耐受時(shí)間安全 邊界，具體可基于短路危害與持續(xù)時(shí)間的分析計(jì)算得到。
[0035] 如圖2所示，本實(shí)施例步驟1)中電氣系統(tǒng)的等值模型為變壓器等值模型、風(fēng)電場 集電線路等值模型、以及箱式變壓器到機(jī)艙之間的電纜等值模型所組合構(gòu)成的模型，按照 電路原理將各等值模型組合即得到風(fēng)電機(jī)組的電氣系統(tǒng)等值模型。如圖3所示為本實(shí)施例 所建立的發(fā)電機(jī)等值模型，其中將crowbar電阻、轉(zhuǎn)子阻抗以及轉(zhuǎn)子漏感抗折算到定子側(cè)。
[0036] 本實(shí)施例中，步驟2)中獲取得到風(fēng)電機(jī)組在短路故障時(shí)的故障電流范圍的具體 步驟為：計(jì)算電氣系統(tǒng)的等值模型、發(fā)電機(jī)的等值模型在短路故障時(shí)的短路電流，由發(fā)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)的等值模型中crowbar電阻的不同取值計(jì)算短路電流，獲取得到風(fēng)電機(jī)組 在故障時(shí)的故障電流范圍。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、crowbar電阻取值可不同，因而可以得到故障 的短路電流范圍。本實(shí)施例結(jié)合風(fēng)電機(jī)組電氣系統(tǒng)具體的空間布局，在短路分析計(jì)算的基 礎(chǔ)上進(jìn)行危害分析計(jì)算、安全電氣保護(hù)區(qū)域劃分，從而對(duì)風(fēng)